Los tres experimentos del LHC que estudian colisiones de iones de plomo presentaron sus últimos resultados en la conferencia anual Quark Matter, celebrada este año en Annecy (Francia). Los resultados están basados en análisis de datos recopilados durante las últimas dos semanas de funcionamiento del LHC en 2010, cuando el acelerador cambió de utilizar protones a iones de plomo en sus colisiones. Los experimentos dieron cuenta de medidas muy sutiles, llevando a la física de iones pesados a una nueva era de alta precisión en los estudios.

“Estos resultados del programa de iones de plomo del LHC están comenzando a aportar una nueva comprensión del universo primigenio", dijo el director general del CERN Rolf Heuer. "Las sutilezas que ya se están viendo son muy impresionantes."

En su infancia, justo unos microsegundos después del Big Bang, el universo consistía en un plasma de quarks y gluones (QGP, por sus siglas en inglés), los ladrillos fundamentales de los que se compone la materia. Colisionando iones pesados, los físicos pueden recrear las condiciones que existieron entonces, permitiendo el conocimiento de la evolución del universo primitivo.

El programa de investigación en colisiones de iones pesados se asienta sobre la base de experimentos conducidos hace una década por el acelerador Super Proton Synchrotron (SPS) del CERN, que observó indicios de que ese plasma podría ser creado y estudiado en el laboratorio. Entonces, en 1999 el testigo pasó al Relativistic Heavy-Ion Collider (RICH) del Laboratorio Nacional de Brookhaven en los Estados Unidos, que estableció firmemente que el QGP podía ser creado en una escala minúscula. La conferencia Quark Matter de este año es la primera de una serie para presentar los resultados del LHC.

Los resultados del experimento ALICE han conseguido evidencias de que la materia creada en colisiones de iones de plomo es la más densa jamás observada, más de 100.000 veces más calientes que el interior del Sol y más densa que las estrellas de neutrones. Estas condiciones permiten estudiar las propiedades del plasma con un detalle sin precedentes. ALICE ha confirmado los descubrimientos de los experimentos de RICH sobre el comportamiento del QGP, que actúa como un fluido ideal con la mínima viscosidad. La presentación de los resultados de ALICE también trató el comportamiento de partículas energéticas en el medio QGP.

“Estamos muy entusiasmados con la gran cantidad de datos observables que suponen retos para muchas de las interpretaciones teóricas", dijo el portavoz de ALICE Paolo Giubellino. “La extraordinaria capacidad de nuestro detector de proveer información detallada sobre los miles de partículas creadas en cada colisión ha demostrado ser esencial para el entendimiento del QGP.” En el experimento ALICE participan investigadores del Instituto Gallego de Física de Altas Energías (IGFAE) de la Universidad de Santiago de Compostela y del Centro de Investigaciones Energéticas, Medioambientales y Tecnológicas (CIEMAT).

La colaboración ATLAS ha realizado un estudio exhaustivo de las colisiones de iones pesados. Los análisis del experimento incluyen propiedades globales, como el número y las distribuciones de las partículas cargadas producidas en las colisiones, lo cual permite conocer las dinámicas de la colisión y las propiedades de transporte del medio QGP, así como las llamadas 'sondas duras' del medio, que incluyen las mediciones de la producción de bosones W y Z, charmonio y chorros de partículas.

“El primer funcionamiento con iones pesados del LHC fue un gran éxito para ATLAS, dijo uno de los miembros del grupo dedicado al estudio de iones pesados de la colaboración, Peter Steinberg, de Brookhaven. “Combinando medidas globales con sondas duras en las colisiones de iones pesados el LHC ??está dando lugar a un mayor conocimiento tanto de la naturaleza del medio caliente, denso como de los procesos del QGP que conducen al jet quenching".

El jet quenching es un fenómeno, observado por primera vez por ATLAS el año pasado, según el cual los chorros de partículas formados en la colisión se rompen al cruzar la turbulenta región de plasma. En ATLAS participan el Instituto de Física Corpuscular (IFIC, CSIC-Universidad de Valencia), el Instituto de Microelectrónica de Barcelona (CNM-IMB-CSIC), el Instituto de Física de Altas Energías de Barcelona (IFAE) y la Universidad Autónoma de Madrid.

CMS ha visto nuevos fenómenos incluídos la producción de bosones W y Z. Se han producido nuevos estudios sobre el jet quenching y para caracterizar el comportamiento de la materia que reproduce las condiciones extremas justo después del nacimiento del universo. La observación más sorprendente de CMS es que los estados débilmente ligados del quark B están fuertemente suprimidos en las colisiones entre iones plomo. Este fenómeno es importante para entender las propiedades del QGP. Puedes leer más sobre los resultados de CMS pinchando AQUÍ.

"Estamos entrando en una nueva era de estudios de alta precisión de la interacción fuerte de la materia a energías más altas jamás alcanzadas", dijo el portavoz de CMS Guido Tonelli. "Mediante el despliegue de todo el potencial del detector CMS estamos produciendo señales inequívocas de este nuevo estado de la materia y desentrañando muchas de sus propiedades." En CMS participan el CIEMAT, el Instituto de Física de Cantabria (IFCA, CSIC-Universidad de Cantabria), la Universidad de Oviedo y la Autónoma de Madrid.

La participación coordinada española en el LHC se promueve a través del Centro Nacional de Física de Partículas, Astropartículas y Nuclear (CPAN), un proyecto Consolider 2010 formado por 26 grupos de investigación y más de 400 científicos.